膜结构是近几十年来出现的一种应用较为广泛的新型空间结构形式，它由膜材、索和支撑体系共同构成。膜结构以其独特的造型、富有张力的表现形式，以轻盈、美观、施工速度快、可实现较大的跨度而为世界各地的建筑师们所青睐。然而，作为一种新型的结构形式，膜结构的设计理念和分析方法与传统的结构存在有较大的差异。膜结构的设计分析一般可分为三个过程：找形分析、荷载分析和裁剪分析。其中荷载分析不仅检验找形阶段的膜面找形结果和预应力分布的合理性，而且为后继的裁剪分析提高了可靠的保障，是设计过程的一个关键环节。荷载分析有三种方法：非线性有限元法、动力松弛法和力密度法。本文采用非线性有限元法，对点支承和刚性支承组合式、刚性骨架式及刚性边界封闭式这三种形式的膜结构进行了结构性能的研究和力学性能的计算分析。本文提出了以有限元为基础的考虑膜支承体系的整体结构协同作用的荷载分析法。根据虚位移原理，对索膜体系中的索、杆、膜、梁单元的力学模式进行了推导，针对索膜结构明显几何非线性的特点，特别考虑了整体协同作用下梁单元的非线性。然后合成总刚得出膜结构整体分析的有限元方程，再利用Newton-Raphson法进行迭代求解得到方程的迭代式，从而在理论上实现了对结构的整体分析。本文根据提出的荷载分析法，检验了先期找形所得结果中结构“形”与“态”的结合情况。通过对这3种形式膜结构的几何构成分析及结构形式的研究，探讨了膜结构这种新型空间结构的概念设计，突出体现了建筑和结构相结合的设计理念。本文以离散理论为基础，以ANSYS程序为实现手段，对3种膜结构分别进行了计算分析，按照极限状态理论计算了包括风、雪荷载在内的5种荷载组合下结构的应力、内力和变形，并结合各种结构自身的结构特点，探求了结构各自的受力和变形特征，根据计算分析的结果对相应形式的工程进行总结，给出其典型的受力特点及设计中应注意的问题，为今后的设计和施工提供相应的经验积累。本文探索了膜结构整体分析在ANSYS程序中的非线性计算的实现方法，给出了程序分析时的技巧，解决了程序计算难的问题，并为提高计算效率和加强计算收敛程度提出了自己的建议。